芒硝基复合相变储能材料热性能及封装材料研究

摘要

相变储能材料因其在相变过程中能够吸收或者释放大量的热，能够解决能量在时间或者空间的供求不匹配的问题，同时达到控温储能的效果。十水硫酸钠作为一种水合盐相变储能材料其本身存在过冷及相变层的问题，同时其本身的固-液相变过程中封装不当易引起材料泄露等问题还需要进一步研究。
　　本文第一部分采用物理和化学分散相结合的方法分别制备了Cu-Na2SO4.10H2O，Al-Na2SO4.10H2O及 C-Na2SO4.10H2O纳米复合相变储能材料。探讨纳米Cu粉，纳米Al粉及纳米C粉对Na2SO4.10H2O过冷及相分层的影响。并对C-Na2SO4.10H2O复合相变存储材料的导热系数，热扩散系数，比热，相变潜热及形貌进行分析。结果表明：纳米材料的添加使得Na2SO4.10H2O的过冷显著降低，分别为1.8℃，2.1℃，1.2℃；纳米Cu粉及纳米Al粉复合相变储能材料相变循环后失效，而纳米 C粉复合相变储能材料无明显相分层现象；随着纳米 C含量的增加，复合相变储能材料导热系数增高，热扩散率增高，比热降低，复合相变储能材料在融化和结晶状态下，导热系数都随着温度升高而增大；相变循环50次后的4％C-Na2SO4.10H2O复合材料相变潜热值为188.3J/g。并对比不同温度下强酸处理多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotubes，简记MWCNTs）对其表面结构改性，并以物理分散制备出含MWCNTs的十水硫酸钠基复合相变储能材料。探讨不同酸化温度下MWCNTs对十水硫酸钠基复合相变储能材料的过冷和相分层影响。并对其比热，导热系数及相变潜热特征进行分析。结果表明：酸化处理后MWCNTs产生羧基；添加质量分数1%的120℃酸化后的MWCNTs的A、B两种十水硫酸钠基复合相变储能材料过冷度较低，分别为2.342℃,2.405℃；添加酸化处理后的MWCNTs的十水硫酸钠基复合相变储能材料相容性较好；含120℃酸化后的1%的MWCNTs的A、B两种十水硫酸钠基复合相变储能材料比热及导热系数在相变温度点附近都达到最大，分别为5.095mm2/s，0.9325w/mk，4.2356mm2/s，0.9413w/mk；含质量分数1%的120℃酸化处理的 MWCNTs复合相变储能材料 B较 A潜热值大，分别为143.6J/g，97.42J/g；该实验表明含1%MWCNTs-B相变储能材料更适合应用于温室。
　　第二部分通过十水硫酸钠基复合相变储能材料相变循环对金属封装材料进行动力学腐蚀性研究，结果表明，金属封装材料的耐腐蚀性为不锈钢耐腐性最佳，紫铜的耐腐蚀性最差。其顺序为：不锈钢304，不锈钢201>铝合金1060，铝合金5052，铝合金6061>铝合金7075，黄铜>紫铜，紫铜的腐蚀主要以点蚀形式存在，蚀孔表面有Cu2O膜的存在，Cl-的存在与氧竞争吸附，加速腐蚀；黄铜也存在点蚀，同时黄铜与相变材料反映，生成物质粘附在黄铜表面。铝合金腐蚀以点蚀形式存在，腐蚀产物呈开裂状附着于基体表面。铜及合金和铝合金不适合做芒硝基复合相变储能材料的金属封装材料，不锈钢201和304呈现良好的耐腐蚀状态，适宜作为芒硝基复合相变储能材料的金属封装材料。
　　第三部分采用无机封装的形式封装十水硫酸钠基复合相变储能材料，采用温度记录仪测试相变温室与普通温室的温度变化情况，在日间温度达到最大时，相变温室内温度较普通温室内的温度低；在夜间温度达到较低时，相变温室较普通温室温度高，相变储能材料在温室内有较好的应用。

目录

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第1章绪 论

1.1相变储能材料的分类

1.2相变储能材料的研究

1.3本文研究背景及课题的提出

1.4本章小结

第2章添加导热材料对芒硝复合相变储能材料的影响

2.1实验仪器、实验材料、实验方法及样品制备

2.2纳米粉体对芒硝性能的影响

2.3多壁碳纳米管对复合相变储能材料性能影响

2.4本章小结

第3章Na2SO4.10H2O基复合相变储能材料对金属封装材料腐蚀性研究

3.1实验准备、测试与表征

3.2腐蚀试验

3.3本章小结

第4章不同封装材料在模拟温室大棚的效果分析

4.1温室介绍、样品制备、实验仪器

4.2温室效果实验

4.3 本章小结

第5章结论与展望

5.1本文得出的结论

5.2下一步工作展望

参考文献

致谢

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